Демпинг-фактор — маркетинг!
В этой статье будет идти речь о всего одном параметре усилителей мощности звуковой частоты, который незаслуженно распиарен и который многие считают чуть ли не одним из самых важных. И так, поехали.
Что такое демпинг-фактор (далее — ДФ): Демпинг-фактор — это характеристика усилителя, определяющая его взаимодействие с нагрузкой.
Понятно? Ничего не понятно… Говоря по простому: ДФ — это отношение сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению усилителя. Если с сопротивлением нагрузки все просто и понятно (сопротивление нагрузки = сопротивление акустики ), то что такое внутреннее сопротивление усилителя (оно же выходное сопротивление усилителя), понятно наверное не всем. Проще всего внутреннее сопротивление усилителя можно представить как резистор, включенный последовательно с выходом усилителя. Такой виртуальный резистор, который не видно, но он есть (с).
Это «виртуальный резистор» (Rвых), как бы «вмурован» в сам усилитель, его невозможно вычленить из схемы. Любой реальный усилитель мощности имеет не нулевое выходное сопротивление, то есть, выходное сопротивление всегда больше нуля. Повлиять на Rвых мы не в силах, никаким образом, кроме как кардинальным изменением схемы усилителя. Как вы уже могли заметить из предыдущего рисунка, выходное сопротивление (Rвых), включается последовательно с нагрузкой (акустикой), через них течет один и тот же ток:
Это думаю понятно. Едем дальше. Численно ДФ находится как Rн/Rвых, казалось бы — все просто, но нет… Именно здесь мы встречаемся с первым моментом, где нас обманываю маркетологи. Если с Rвых все ясно: он зависит только от конкретного усилителя и без труда измеряется (об этом далее), то об Rн мы абсолютно ничего не знаем. Обычно указывая ДФ где-нибудь в паспорте, производитель пишет: «Коэффициент демпфирования = 4000», точка. При этом производитель забывает пояснить для какой нагрузки Кд = 4000. Нетрудно понять, что взяв сопротивление нагрузки равное 8Ом, демпфирование получится в два раза лучше, чем если бы мы принял Rн = 4Ом. Другими словами, при одном и том же выходном сопротивлении усилителя (Rвых), мы можем получить, несколько, отличающихся в несколько раз значений ДФ:
Rн / Rвых = 16 Ом / 0.01 Ом = 1600Rн / Rвых = 8 Ом / 0.01 Ом = 800Rн / Rвых = 4 Ом / 0.01 Ом = 400Rн / Rвых = 2 Ом / 0.01 Ом = 200
Угадайте, какое значение вписал бы в паспорт производитель… При том, что все остальные параметры будут указаны для нагрузки, например — 4Ом, производитель обязательно схитрит и ДФ посчитает для 8Ом'ной нагрузки, не сомневайтесь.
С акустикой вроде бы разобрались — каждый пишет что считает нужным, осталось разобраться с выходным сопротивлением усилителя. К счастью, Rвых усилителя не зависит ни от чего, кроме самого усилителя, поэтому такие махинации как с сопротивлением акустики не прокатят, хотя и с ним производители хитрят (об этом дальше). Давайте теперь научимся измерять выходное сопротивление любого усилителя. Это очень просто и для этого нам понадобится сам усилитель, какой-нибудь генератор синусоидальных колебаний (подойдет даже смартфон с соответствующим софтом), какой-нибудь мощный, низкоомный резистор (оптимально 4-8Ом) и более-менее приличный мультиметр (желательно true rms, но не обязательно).
Процесс измерения выходного сопротивления усилителя:1. Подключаем генератор ко входу усилителя; 2. К выходу усилителя подключаем мультиметр в режиме измерения переменного напряжения;3. Нагрузка на выходе усилителя не нужна, к выходу усилителя подключен только мультиметр;4. Подаем на вход усилителя синусоиду с частотой 50-400Гц (в этом диапазоне мультиметры обладают наибольшей точностью показаний);5. Регулировкой громкости выставляем на выходе усилителя напряжение примерно равно 2/3 от максимального выходного напряжения, пускай будет к примеру 15,76В (точность здесь не нужна, любое выставленное напряжение нам подойдет);6. Фиксируем это выходное напряжение, то есть принимаем меры к тому, чтобы случайно в процессе измерения не изменить его;7. Запоминаем, а лучше записываем, полученное значение выходного напряжения без нагрузки;8. Подключаем заготовленный резистор (важно знать его точное сопротивление, допустим что у нас резистор 5,1Ом). Подключать резистор необходимо как можно ближе к выходу усилителя (в идеале — прямо на выходные клеммы);9. Смотрим как изменились показания мультиметра под нагрузкой, допустим без нагрузки было у нас 15,76В, с нагрузкой стало — 15,74В, записываем.
А далее считаем выходное сопротивление по очень простой формуле:
Rвых = Rн * (Uxx / Uн -1)
где, Uхх — выходное напряжение усилителя на холостом ходу;Uн — выходное напряжение усилителя с подключенной нагрузкой.
Подставляем наши числа взятые с потолка и получаем:
Rвых = 5,1 * (15,76 / 15,74 — 1) = 0,00648 ~ 0,0065 Ом
Получившиеся значение Rвых, практически идеальное, такое выходное сопротивление бывает у самых лучших усилителей мощности с глубокой обратной связью. Типичное выходное сопротивление транзисторного (и микросхемного) усилителя с ООС — 0,01Ом. УМЗЧ не имеющие обратной связи, как правило, обладают гораздо большим выходным сопротивлением. Ламповые усилители, имеют Rвых еще выше — от половины Ома до нескольких Ом.
Теперь переходим к самой интересной части этой статьи. Почему же я считаю, что демпинг-фактор — это абсолютно бесполезная, чисто маркетинговая характеристика УМЗЧ? А все дело в том, что при вычислении ДФ, учитываются только две составляющие: выходное сопротивление усилителя и сопротивление нагрузки, но в реальности все не совсем так идеально как в теории. Смотрим картинку:
Догадались уже о чем пойдет речь? Правильно — провода! Ни один производитель не учитывает сопротивление проводов, которыми вы будете подключить нагрузку к усилителю, а сопротивление проводов (Rп1 — сопротивление «плюсового» провода, Rп2 — сопротивление «минусового» провода), попросту никак не учитывает, как будто бы вы будете подключать нагрузку к УМЗЧ с помощью сверхпроводника, не имеющего сопротивления. Конечно же, в реальности, любой проводник имеет определенное сопротивление и почти всегда, это сопротивление будет выше выходного сопротивление самого усилителя (если речь о транзисторных УМЗЧ с ООС).
С учетом вышеизложенного, необходимо подкорректировать формулу расчета демпинг-фактора, получится следующее:
ДФ = Rн / Rвых + Rп1 + Rп2
У кого-то может возникнуть вопрос: «почему мы добавляем сопротивление проводов к выходному сопротивлению усилителя, а не к сопротивлению нагрузки?». Все очень просто: физический смысл демпфирования, не в демпфировании сопротивления проводов (в проводах попросту нечего демпфировать), а в электрическом демпфировании противодействующей ЭДС, наводящейся в катушке динамика. Эта ЭДС, замыкаясь через выходное сопротивление усилителя, создает обратный ток, противодействующий перемещению катушки. Величина этого тока обратно пропорциональна выходному сопротивлению усилителя (ниже выходное сопротивление усилителя — выше обратный ток, выше обратный ток — лучше демпфирование). В реальной жизни, между катушкой динамика и выходным сопротивлением усилителя, присутствуют соединительные провода с не нулевым собственным сопротивлением. Это паразитное сопротивление, на пути обратного тока противо-ЭДС, снижает этот самым обратный ток, тем самым ухудшая демпфирование. Соответственно, если бы «плюсовали» сопротивление проводов к сопротивлению нагрузки, мы бы получили противоположный эффект: увеличение сопротивления проводов — улучшает демпфирование, но в жизни все как раз наоборот, именно поэтому, сопротивление проводов мы прибавляем к выходному сопротивлению усилителя. С этим разобрались.
Осталось теперь посчитать сопротивление проводов, сравнить с величиной выходного сопротивления типичного УМЗЧ и посмотреть какое влияние оказывают провода на демпинг-фактор.
Давайте посчитаем ДФ какого-нибудь взятого с потолка УМЗЧ, предположим что его выходное сопротивление Rвых = 0,01Ом, следовательно ДФ для 4Ом'ной нагрузки будет: 4Ом / 0,01Ом = 400.
Вроде бы неплохо. А теперь давайте посмотрим что будет, если между нагрузкой 4Ом и выходным сопротивлением усилителя (0,01Ом), появятся реальный провода (допустим 2х0,75мм2, длиной 3 метра), со своим реальным сопротивлением:
Почему 6 метров? Потому-что у провода две жилы, ток усилителя и обратный ток противо-ЭДС, проходят путь: три метра от усилителя до акустики, три метра от акустики до усилителя. Смотрим как повлияло введение сопротивление проводов на ДФ:
Опа! А где-же наши 400
Внезапно ДФ снизился до 27, всего лишь в 15 раз…)) Причем заметьте, что основной вклад в величину демпинг-фактора вносят — ПРОВОДА, а именно — 93,2%. То есть, даже если бы выходное сопротивление усилителя было почти нулевым и демпинг фактор — миллион миллиардов в кубе умноженном на диаметр пылезащитного колпачка вашей акустики, демпинг-фактор не превысил бы 27 раз, только из-за наличия между катушкой динамика и выходным сопротивлением усилителя — проводов.
Провода слишком тонкие, не вопрос, подключим акустику проводом 2х2,5мм2:
Лучше, но все еще в 5 раз хуже, чем заявленный ДФ в 400 ед и по прежнему, более 80% влияния на ДФ оказывают именно провода, а не сам усилитель. Ну давайте, увеличим сечение проводов до «четверки»:
Лучше, но все равно плохо. ДФ в 4 раза хуже, чем заявленный, вклад проводов по прежнему крайне высок, в данном случае — 72,2%.
Давайте оставим «четверку», но уменьшим длину провода до 1 метра:
Алилуя! Только в этом случае (очень жирный и очень короткий провод), влияние провода на ДФ стало меньше влияние выходного сопротивление усилителя, правда всего на 4%, то есть влияние провода все равно очень значительное (46,2%). Демпинг-фактор при этом по прежнему значительно хуже, чем его заявленное значение, хуже в 2 раза. Стоит понимать, что если бы выходное сопротивление усилителя было бы еще ниже: не 0,01Ом, а например 0,005Ом, то влияние проводов на ДФ было бы еще значительнее.
Не забываем, что динамики как правило напрямую не подключаются к выходу усилителя (исключение широкополосные динамики и полосовое усиление). Динамики подключаются через разделительные фильтры, в которых присутствуют катушки индуктивности, включенные последовательно с динамиком, а у них, есть свое активное сопротивление, которое так же влияет на реальный демпинг-фактор не в лучшую сторону.
Забыл еще рассказать о махинациях при измерении выходного сопротивления усилителя. Подключая к усилителю акустику, вы ее подключаете к выходным клеммам усилителя. До выходных клемм есть еще кусок провода до платы усилителя и реле защиты акустических систем. И этот небольшой кусок провода, и контакты реле, и катушка на выходе усилителя, и даже выходные клеммы усилителя, имеют свое не нулевое сопротивление, и все это вносит свой вклад в выходное сопротивление усилителя. Махинация заключается в том, что если выходное сопротивление усилителя, измерять непосредственно на плате усилителя, до выходной катушки, до контактов реле, до выходных клемм усилителя, то выходное сопротивление получится ниже, а демпинг-фактор выше. Но мы ведь подключаем акустику не к самой плате усилителя, до катушки и до реле, мы подключаем ее к выходным клеммам, поэтому измерять Rвых необходимо на клеммах усилителя. В этом случае выходное сопротивление усилителя получится чуть выше, чем измеряя его на плате усилителя. В этом и заключается махинация: измеряем ДФ в одной точке, а подключаем нагрузку в другой.
Давайте придумаем какие-нибудь цифры с потолка, примерно соответствующие действительности и посмотрим как повлияет точка измерения выходного сопротивления на ДФ. Примем:
Rвых = 0,005Ом, Lвых = 0,003Ом, Rпровода = 2х0,001Ом, Rклемм = 2х0,001Ом.
Складываем все в кучу и получаем = 0,012Ом. То есть, Rвых на плате = 0,005Ом, а на выходных клеммах уже 0,012Ом.
Считаем ДФ для 4Ом: 4Ом / 0,005Ом = 800 ед — для измерения на плате;4Ом / 0,012 Ом = 333 ед — для измерения на клеммах.
Разница на лицо, как говорится. Везде обман.
В принципе, у меня все по поводу демпинг-фактора. Самое главное чтобы вы сделали правильные выводы из сего писания. А правильный вывод заключается не в том, что необходимо наращивать сечение проводов и уменьшать их длину, а в том, что демпинг-фактор — это хрень, которая с одной стороны является важной характеристикой усилителя, а с другой — абсолютно ничего не значит т.к. теряется на фоне влияния соединительных проводов.
Два момента которых стоит усвоить из этой статьи:
Выходное сопротивление ЛЮБОГО транзисторного или микросхемного усилителя мощности с обратной связью (а таких как минимум 95% из всех существующих в мире), настолько низко, что влияние его на демпинг фактор, на фоне сопротивления соединительных проводов — незначительно. Чем выше заявленный ДФ усилителя, тем сильнее в процентном отношении, влияние соединительных проводов на демпинг-фактор. Выходное сопротивление ЛЮБОГО лампового или транзисторного усилителя без обратной связи (остальные 5%), напротив, настолько высоко, что о высоком ДФ вы просто можете не мечтать.
Из этих двух моментов вытекает один простой вывод: либо высокий заявленный ДФ, испортит влияние проводов, либо сам усилитель будет иметь низкий ДФ и портить там уже нечего. Поэтому в реальности, вы не получите ДФ более 100ед, (максимум 200ед при использовании очень хорошего усилителя, очень коротких проводов, очень большого сечения). Ни о каких 1000, 2000, 5000 ед, что порой заявляет производитель, мечтать не стоит. Все!
У вас нет разрешения на просмотр ссылки, пожалуйста
Вход или
Регистрация
+++++++++++++
Автор, по простоте душевной, сразу кинулся срывать личины и обвинять в маркетинге, а дело там поглубже и последствия похуже.
Вот что такое усь без компенсатора и охвата ООСью импеданса выходных элементов: контактов рыле, катушки, проводов "плата-клеммы". Упал демпинг-фактор - выросли искажения на клеммах АС, см. выше отчёт Кенвуда.
